(57)【要約】    【課題】  表面検査装置に於いて充分な照射光強度、検査精度を維持し、更にスループットの向上を図る。    【解決手段】  基板５表面にレーザ光線２を照射し、該レーザ光線による散乱反射光を検出して異物を検出する表面検査装置に於いて、光源部１２が複数の発光源を有し、１つの結像レンズを有すると共に各発光源に対応して設けられ該発光源からのレーザ光線を前記結像レンズに入射する光学部材を有し、前記発光源から結像レンズに入射する光軸を前記結像レンズの光軸に対して傾斜する様にし、前記各発光源からのレーザ光線の照射点を互いに走査方向に対して交差する方向にずらす様な光束として基板表面に照射し、走査ピッチを大きくした照射光学系を具備した。    【選択図】          図１
2006017743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面にレーザ光線を照射し、該レーザ光線による散乱反射光を検出して異物を検出する表面検査装置に於いて、光源部が複数の発光源を有し、１つの結像レンズを有すると共に各発光源に対応して設けられ該発光源からのレーザ光線を前記結像レンズに入射する光学部材を有し、前記発光源から結像レンズに入射する光軸を前記結像レンズの光軸に対して傾斜する様にし、前記各発光源からのレーザ光線の照射点を互いに走査方向に対して交差する方向にずらす様な光束として基板表面に照射し、走査ピッチを大きくした照射光学系を具備したことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記発光源から結像レンズに入射する光軸上に、少なくとも１つの光軸を傾斜させる光軸傾斜手段を設けた請求項１の表面検査装置。
【請求項３】
前記発光源がマトリックス状に配設された請求項１の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ウェーハ等の基板の表面の微細な異物、或は結晶欠陥等の微細な傷を検査する表面検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表面検査装置は、レーザ光線を基板表面に照射し、異物、傷によって生じる散乱反射光を検出して異物、傷の検出を行うものである。尚、表面検査装置での発光源としては、ガスレーザ（Ｈｅ、Ａｒ等）等が用いられてきたが、最近では取扱いが容易、安全、長寿命等の理由からレーザダイオード（ＬＤ）が用いられている。
【０００３】
図１４は発光源としてレーザダイオードが使用された従来の照射光学系を示している。
【０００４】
発光源１から発せられたレーザ光線２はコリメートレンズ３により、平行光束とされ、結像レンズ４によりウェーハ等の基板５の表面（前記結像レンズ４による集光位置ｆの照射点１８）に集光される。該照射点１８での照射光強度分布は図１５に示される。
【０００５】
前記基板５の全表面を検査する場合は、該基板５を回転させつつ前記照射点１８を中心から外縁迄、半径方向に所定速度で移動させる。図１５は照射点１８でのレーザ光線２の照射光強度分布を示し、又走査位置ｕから前記基板５が一回転して走査位置ｕ＋１の位置に移動した状態を示している。この場合の半径方向の速度は、前記基板５の一回転につき半径方向にｐ移動する速度である。
【０００６】
異物、傷によって生じる散乱反射光の光量は、照射するレーザ光線の照射光強度により、又異物、傷の検出精度もレーザ光線の照射光強度に影響される。従って、所定の検出精度を維持するには所定の照射光強度Ｉ以上を必要とする。図１５で示される一回転あたりの移動量ｐは必要な照射光強度Ｉが保たれる様に決定される。
【０００７】
製品に品質管理の為、基板５の表面検査は必要であるが、該基板５の表面検査工程が製造工程に組込まれた場合、表面検査に要される検査時間はスループットに影響する。
【０００８】
上記した従来例に於いて、レーザ光線の照射光強度を増大させると照射光強度分布のピーク値も増大する。検査精度の増大を要求されない場合は、必要な照射光強度を変えないとすると１回での移動量、即ち走査ピッチｐが大きくなり、前記基板５全面を走査するに必要な回転数が少なくなるので、表面検査時間が短縮する。
【０００９】
然し乍ら、レーザダイオードを発光源とした場合、レーザダイオードは容易、安全、長寿命等種々の利点を有する一方、ガスレーザ等に比べて発光光量が少ないという問題があり、照射光強度を増大させることには限度があった。又、照射するレーザ光線は波長が短い方が検出精度が向上するので、波長の短い青色レーザ光線を発するレーザダイオードの使用が望まれている。ところが青色レーザダイオードは赤色レーザダイオード等に比べ更に発光光量が少なく、表面検査装置で必要とされる充分な光量が得られないという問題を持っている。又、検査時間の短縮の為、基板表面上での照射範囲が広い方が望ましいが、照射範囲を広げると照射光線の強度が減少する為検出感度、検出精度共に低下するという問題があった。
【００１０】
【特許文献１】特開平７−２４３９８８号公報
【００１１】
【特許文献２】特開平５−２７３１４２号公報
【００１２】
【特許文献３】特開平９−１６１３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は斯かる実情に鑑み、表面検査装置に於いて充分な照射光強度、検査精度を維持し、更にスループットの向上を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、基板表面にレーザ光線を照射し、該レーザ光線による散乱反射光を検出して異物を検出する表面検査装置に於いて、光源部が複数の発光源を有し、１つの結像レンズを有すると共に各発光源に対応して設けられ該発光源からのレーザ光線を前記結像レンズに入射する光学部材を有し、前記発光源から結像レンズに入射する光軸を前記結像レンズの光軸に対して傾斜する様にし、前記各発光源からのレーザ光線の照射点を互いに走査方向に対して交差する方向にずらす様な光束として基板表面に照射し、走査ピッチを大きくした照射光学系を具備した表面検査装置に係り、又前記発光源から結像レンズに入射する光軸上に、少なくとも１つの光軸を傾斜させる光軸傾斜手段を設けた表面検査装置に係り、更に又前記発光源がマトリックス状に配設された表面検査装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基板表面にレーザ光線を照射し、該レーザ光線による散乱反射光を検出して異物を検出する表面検査装置に於いて、光源部が複数の発光源を有し、１つの結像レンズを有すると共に各発光源に対応して設けられ該発光源からのレーザ光線を前記結像レンズに入射する光学部材を有し、前記発光源から結像レンズに入射する光軸を前記結像レンズの光軸に対して傾斜する様にし、前記各発光源からのレーザ光線の照射点を互いに走査方向に対して交差する方向にずらす様な光束として基板表面に照射し、走査ピッチを大きくした照射光学系を具備したので、所定の照射光強度を保った状態で所定の光強度を有する照射範囲が広くなり、走査ピッチを大きくとれ、表面検査時間を短縮できる等の優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００１７】
図１により表面検査装置の概略について説明する。
【００１８】
図中、５はウェーハ等の被検査物である基板であり、表面検査装置は走査駆動機構部６、照射光学系７、検出系８から主に構成されている。
【００１９】
又、前記走査駆動機構部６は前記基板５を保持する基板保持部９を具備し、該基板保持部９は回転駆動部１０により回転可能に支持され、該回転駆動部１０は直線駆動機構部１１により前記基板５の回転面と平行な半径方向に直線移動される様になっている。
【００２０】
前記照射光学系７は検査光であるレーザ光線２を発する光源部１２、該光源部１２からのレーザ光線２を前記基板５上に向けるミラー等の偏向光学部材１３，１４、前記レーザ光線２を前記基板５の表面に集光させるレンズ群１５等から構成されている。前記検出系８は前記基板５表面に照射されるレーザ光線２の光軸に交差する検出光軸を有する受光検出器１６，１７を具備している。
【００２１】
前記基板５の表面検査は、前記回転駆動部１０により前記基板５が回転された状態で、前記照射光学系７より前記基板５の表面に前記レーザ光線２が照射され、更に前記直線駆動機構部１１により前記回転駆動部１０が半径方向に移動される。
【００２２】
而して、前記基板５の一回転毎に所要ピッチでステップ送りすることにより、或は所定速度で前記回転駆動部１０を連続送りすることにより、前記レーザ光線２の照射点１８が同心円、或は螺旋円の軌跡を描きながら、前記基板５の中心から外縁迄移動し、該基板５の全面が前記レーザ光線２によって走査されることとなる。
【００２３】
該レーザ光線２が前記基板５の表面を走査する過程で、異物、傷があると前記レーザ光線２が散乱反射する。この散乱反射光は所定の位置に配置された前記検出系８の受光検出器１６，１７によって検出され、該受光検出器１６，１７からの信号を図示しない演算処理部により信号処理することで、異物、傷が検出される。
【００２４】
図２は本発明の表面検査装置の照射光学系７の概略を示し、図中、偏向光学部材１３，１４等は省略している。
【００２５】
前記光源部１２は２組の発光源１ａ，１ｂを有し、該発光源１ａ，１ｂからのレーザ光線２ａ，２ｂはそれぞれ個別にコリメートレンズ３ａ，３ｂにより平行光束とされ、１つの結像レンズ４により前記基板５の表面に集光される様になっている。又、前記コリメートレンズ３ａ，３ｂと結像レンズ４の光軸は基本構成としては、それぞれ平行となっており、前記発光源１ａ及び発光源１ｂから発せられるレーザ光線２ａ，２ｂは前記結像レンズ４により同一照射点１８に集光される様になっている。
【００２６】
尚、前記発光源１ａ，１ｂは独立して制御可能であり、該発光源１ａ，１ｂから発せられるレーザ光線２ａ，２ｂの照射光強度を変更可能である。又、該レーザ光線２ａ，２ｂは同一波長でもよく、波長を異ならせてもよい。透過膜等では表面の反射率は波長に応じて変化する為検出感度が影響を受ける。波長を異ならることで前記基板５表面での反射状態の波長に対する影響が少なくなる。
【００２７】
次に、図３は、コリメートレンズ３の光軸を結像レンズ４の光軸に対して傾斜させた場合を示している。
【００２８】
前記コリメートレンズ３の光軸を前記結像レンズ４の光軸に対して傾斜させると、前記照射点１８が移動する。従って、図４の様にコリメートレンズ３ａ，３ｂそれぞれの光軸を傾斜させると、各発光源１ａ，１ｂによる照射点１８ａ，１８ｂがずれる。
【００２９】
図４で示される光学条件での照射点１８での照射光強度分布は、図５中、レーザ光線２ａ，２ｂの合成照射光強度分布となり、図中の実線の様に略台形形状となる。この場合で必要な照射光強度をＩとして走査ピッチを求めると図５中、ｐ′となる。参考として、単一のレーザ光線を照射した場合の走査ピッチを図中ｐで示している。
【００３０】
尚、レーザ光線を合成する方向は走査方向に対して交差する方向、好ましくは直角の方向、即ち図５中の横軸は基板５の半径方向となっている。
【００３１】
而して、前記照射点１８での所定の照射光強度を有する範囲（幅）が広くなるので、走査する場合の一回転毎の半径方向の移動量を大きくでき、全面走査する場合の前記基板５の回転数を少なくでき、検出感度を安定させた状態で表面検査時間を短縮することができる。
【００３２】
前記コリメートレンズ３の光軸を前記結像レンズ４の光軸に対して傾斜させることについては、前記コリメートレンズ３の光軸そのものが前記結像レンズ４の光軸に対して傾斜する様構成してもよいが、前記コリメートレンズ３に関し、光軸傾斜手段を設け、該光軸傾斜手段により前記コリメートレンズ３の光軸を前記結像レンズ４の光軸に対して傾斜させてもよい。
【００３３】
前記コリメートレンズ３の光軸を傾斜させる光軸傾斜手段としては、図６に示す様に前記コリメートレンズ３の光軸上に楔プリズム１９を挿入し、該楔プリズム１９を適宜回転する等がある。更に、前記発光源１から発せられるレーザ光線２をミラー等の偏向手段を用いて前記結像レンズ４に導く様にし、斯かる偏向手段を光軸傾斜手段として機能させてもよい。
【００３４】
図７は第２の実施の形態を示し、複数の発光源１ａ，１ｂ、コリメートレンズ３ａ，３ｂを結像レンズ４の光軸を中心とする放射線上に配設し、反射鏡２１ａ，２１ｂにより、レーザ光線２ａ，２ｂを前記結像レンズ４に入射する様に偏向したものである。図７で示される照射光学系の構成であると、前記反射鏡２１ａ，２１ｂを傾斜させることで、前記レーザ光線２ａ，２ｂの光軸を前記結像レンズ４の光軸に対して傾斜させることができる。
【００３５】
図８は第３の実施の形態を示し、多数の発光源１ａ…１ｎを直線上に配設し、各発光源に１ａ…１ｎに対して、それぞれコリメートレンズ３ａ…３ｎを設け、該コリメートレンズ３ａ…３ｎを介してレーザ光線２ａ…２ｎが１つの結像レンズ４に入射される様にしたものであり、基本構成として前記コリメートレンズ３ａ…３ｎの光軸を前記結像レンズ４の光軸と平行にし、図示していないが各光軸毎に図６で示した楔プリズム１９を配設したものである。
【００３６】
前記コリメートレンズ３ａ…３ｎの光軸を前記結像レンズ４の光軸から離れるに従い漸次傾斜させると、照射点１８では前記各発光源１ａ…１ｎからのレーザ光線２ａ…２ｎの照射点１８ａ…１８ｎが基板５の半径方向（走査方向に直交する方向）にずれて合成され、図９に示される様な扁平な台形形状の照射光強度分布が得られる。従って、走査ピッチを更に大きくとれ全面走査に必要な前記基板５の回転数が更に減少する。
【００３７】
上記実施の形態では、レーザ光線２ａ，２ｂを同一の結像レンズ４に入射させたが、図１０で示す第４の実施の形態では、発光源１ａ，１ｂから発せられたレーザ光線２ａ，２ｂをコリメートレンズ３ａ，３ｂにより平行光束とし、反射鏡２１ａ，２１ｂによりそれぞれ前記レーザ光線２ａ，２ｂを偏向し、個々に結像レンズ４ａ，４ｂを介して同一点の照射点１８に集光させる様にしたものである。
【００３８】
斯かる照射光学系でも、前記反射鏡２１ａ，２１ｂにより前記レーザ光線２ａ，２ｂの集光位置１８ａ，１８ｂを基板５の半径方向にずらせることができ、図５で示した照射光強度分布を得ることができる。
【００３９】
次に、図２の照射光学系の構成に於いて、レーザ光線２ａ，２ｂの光束を結像レンズ４の光軸と平行とした場合は、図１１で示す様に、同一の照射点１８に集光し、照射光強度分布は図１１中の実線で示す様に、照射光強度が略２倍となる。又、図８の照射光学系の構成に於いて、レーザ光線２ａ…２ｎの光軸を全て結像レンズ４の光軸と平行とすると、全てのレーザ光線２ａ…２ｎは同一の照射点１８に集光し、該照射点１８での照射光強度分布は図１２で示す様にレーザ光線２ａ…２ｎの照射光強度を加算したものとなる。
【００４０】
更に、図８では発光源１ａ…１ｎを直線上に一列配設した場合を説明したが、更に所要列配設し、発光源１の配置をマトリックス状としてもよい。
【００４１】
マトリックス状とした場合、特に図示しないが以下の如く照射点１８の照射光強度分布を調整できる。
【００４２】
即ち、各列についてはコリメートレンズ３ａ…３ｎの光軸を漸次傾斜させ、各行についてはコリメートレンズ３ｂ…３ｍの光軸を平行とすると、各列毎に図９で示す扁平な台形形状の照射光強度分布が得られ、更に全ての列の光量が同一位置に集光されるので、図９で示す照射光強度分布が行数分だけ重合され、図１３に示される様な照射光強度分布が得られ、所望の照射光強度を有し、而も照射範囲の広いレーザ光線２を得ることができる。
【００４３】
照射光強度の増大は、検査精度を向上させることができるので、本実施の形態の場合、検査精度を向上させ、更にスループットの向上も同時に達成することができる。
【００４４】
尚、複数の発光源１を用い、光軸傾斜手段でレーザ光線２の光軸を偏向することで、任意の照射光強度分布、或は照射点での光束の形状を得ることができる。
【００４５】
而して、スループットを優先するか、或は精度向上を優先するか等、表面検査状況に応じた照射条件を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態に係る表面検査装置の基本構成を示す骨子図である。
【図２】該表面検査装置の照射光学系の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態での照射光学系について光軸を傾斜させた場合の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態での照射光学系について光軸を傾斜させた場合の説明図である。
【図５】該照射光学系に於ける照射点での照射光強度分布を示す線図である。
【図６】該照射光学系に於ける光軸傾斜手段の説明図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の照射光学系の説明図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態の照射光学系の説明図である。
【図９】該第３の実施の形態の照射光学系の照射点での照射光強度分布を示す線図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態の照射光学系の説明図である。
【図１１】図２で示す照射光学系について光軸を平行とした場合の照射点での照射光強度分布を示す線図である。
【図１２】図８で示す照射光学系について光軸を平行とした場合の照射点での照射光強度分布を示す線図である。
【図１３】発光源をマトリックス状に配設して得られる照射点での照射光強度分布を示す線図である。
【図１４】従来の表面検査装置の照射光学系を示す説明図である。
【図１５】従来例の表面検査装置に於ける照射光強度と走査ピッチとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１          発光源
２          レーザ光線
５          基板
６          走査駆動機構部
７          照射光学系
８          検出系
１２        光源部
１５        レンズ群
１８        照射点
１９        楔プリズム
２１        反射鏡
【図１】
2006017743.tif 000003
【図２】
2006017743.tif 000004
【図３】
2006017743.tif 000005
【図４】
2006017743.tif 000006
【図５】
2006017743.tif 000007
【図６】
2006017743.tif 000008
【図７】
2006017743.tif 000009
【図８】
2006017743.tif 000010
【図９】
2006017743.tif 000011
【図１０】
2006017743.tif 000012
【図１１】
2006017743.tif 000013
【図１２】
2006017743.tif 000014
【図１３】
2006017743.tif 000015
【図１４】
2006017743.tif 000016
【図１５】
2006017743.tif 000017